【壓縮機網(wǎng)】1、鋰電池行業(yè)綜述
鋰電池，又稱(chēng)鋰離子電池，是一種依靠鋰離子（Li+）在正極與負極之間移動(dòng)來(lái)達到充放電目的的一種二次電池。相比較其他的二次電池，鋰電池具有能量密度高、放電功率高、循環(huán)壽命長(cháng)、無(wú)記憶效應和綠色環(huán)保等明顯優(yōu)勢。
根據終端應用場(chǎng)景的不同，鋰電池通常分為動(dòng)力、消費和儲能三大類(lèi)。其中，動(dòng)力電池主要用于電動(dòng)汽車(chē)，是當前鋰電池最主要的應用場(chǎng)景；消費電池則服務(wù)于傳統的應用領(lǐng)域，包括手機、筆記本電腦以及可穿戴設備等；儲能電池則主要為通信基站、離網(wǎng)電站、微電網(wǎng)等儲能需求提供電力支持，是近年來(lái)快速發(fā)展的新興領(lǐng)域，也是國家政策大力支持的方向之一。
隨著(zhù)中國“3060”雙碳目標和全球2050凈零愿景的深入推動(dòng)，新能源汽車(chē)和儲能都進(jìn)入快速擴張期。而作為其中核心裝置的鋰離子電池，無(wú)疑成為焦點(diǎn)行業(yè)。
根據研究機構EVTank發(fā)布的數據，2023年，全球鋰離子電池總體出貨量達到創(chuàng )紀錄的1202.6GWh，同比增長(cháng)25.6%，其中，汽車(chē)動(dòng)力電池（EV LIB）、儲能電池（ESS LIB）和小型電池（EV LIB）的出貨量分別為865.2GWh、224.2GWh和113.2GWh，占比分別為72.0%、18.6%和9.4%。根據麥肯錫的估計，全球對于鋰電池的需求有望保持每年33%以上的增速，在2030年達到4700 GWh并實(shí)現4000億美金的產(chǎn)業(yè)規模。全球鋰電池行業(yè)的快速發(fā)展，除了和各個(gè)國家的政策密切相關(guān)，新能源取代燃油技術(shù)，以及地緣政治導致能源戰略的變化也同樣是關(guān)鍵因素。
而在中國，2023年全年的鋰離子電池出貨量達到887.4GWh，同比增長(cháng)34.3%，在全球占比達到73.8%。目前國內的鋰電行業(yè)雖然投資有所放緩，但得益于三大領(lǐng)域旺盛的需求，相比較不少傳統行業(yè)來(lái)說(shuō)仍保持著(zhù)較快的發(fā)展速度和強勁的上升趨勢。不少企業(yè)為了保持競爭優(yōu)勢，均提前進(jìn)行了大規模的產(chǎn)能布局。
2、生產(chǎn)工藝及用氣量
鋰電池的主要生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。
其中，鋰電池材料包括正負極材料、電解液、隔膜、集流體和容器等。加工工藝主要包括極片制作、電芯合成和化成分容等；而PACK工藝主要包括電芯制造、電芯分級、電芯組裝、電芯測試、包裝和質(zhì)量檢測等環(huán)節。
2.1正極材料生產(chǎn)工藝及用氣量
目前，最常見(jiàn)的正極材料包括三元材料和磷酸鐵鋰兩種，2023年兩者在鋰電池供應鏈的占比分別達到68.3%和31.7%。壓縮空氣在正極生產(chǎn)工藝中主要用于氣流粉碎、儀表、制氧(用于燒結)、制氮、氣力輸送、吹掃除塵等。為了保證產(chǎn)品具有良好的品質(zhì)，通常要求成品壓縮空氣保持-40℃以下的壓力露點(diǎn)，用氣點(diǎn)壓力為0.6-0.8MPa。
以4萬(wàn)噸磷酸鐵鋰項目為例，各用氣點(diǎn)壓縮空氣用量如下：
2.2負極材料生產(chǎn)工藝及用氣量
在石墨負極材料在生產(chǎn)過(guò)程中，同樣需要大量的壓縮壓縮空氣，主要用于氣流粉碎、窯爐、氣流輸送、制氮(用于燒結窯爐保護用氣)等?？諝馄焚|(zhì)要求和正極材料生產(chǎn)工藝基本一致。
以10萬(wàn)噸負極材料項目為例，各用氣點(diǎn)壓縮空氣用量如下：
2.3加工及PACK生產(chǎn)工藝及用氣量
加工及PACK工藝流程繁多，而在其中的儀表用氣、制氮(主要用于焊接保護氣)、制漿、涂布、切片、裝配、檢測、化成、分容等流程中都需要用到大量的壓縮空氣?？諝馄焚|(zhì)要求和電池材料生產(chǎn)工藝相同。
以4GWh儲能電池加工及PACK項目為例，各用氣點(diǎn)壓縮空氣用量如下：
3、離心式空氣壓縮機的行業(yè)應用
離心式空氣壓縮機屬于動(dòng)力式壓縮機，通常通過(guò)一個(gè)或多個(gè)葉輪的旋轉使空氣得以加速，繼而將空氣動(dòng)能轉化為壓力能，來(lái)獲得下游所需要的壓縮空氣。相比較另外兩種常見(jiàn)的空氣壓縮機形式——螺桿式和活塞式，離心式空氣壓縮機往往應用于較大流量的場(chǎng)合，單臺流量通常高于80m3/min。另外，離心式空氣壓縮機還具有無(wú)油、效率高、結構緊湊、可靠性好、適合長(cháng)時(shí)間運行等技術(shù)優(yōu)勢。
而近年來(lái)，隨著(zhù)鋰電池工藝流程的不斷更新以及單個(gè)項目生產(chǎn)規模的不斷擴大，離心式空氣壓縮機在該行業(yè)也獲得了越來(lái)越多的應用機會(huì )。預計2023年鋰電池行業(yè)的需求就達到400臺以上。
以某企業(yè)6萬(wàn)噸磷酸鐵鋰電池及8萬(wàn)噸三元鋰電池項目為例，工藝要求總氣量為1950Nm3/min，用氣點(diǎn)壓力為5barg，壓力露點(diǎn)為-40℃。具體選型方案如下：
考慮到項目前期儀表用氣以及調峰用氣，選用了1臺75Nm3/min的變頻無(wú)油螺桿式壓縮機，通過(guò)離心機的入口導葉調節和螺桿機的變頻調節覆蓋不同的總流量需求。根據現場(chǎng)使用情況，實(shí)現了良好的使用效果，為現場(chǎng)壓縮空氣的使用提供了有力的保障。
4、展望
雖然鋰電行業(yè)已經(jīng)經(jīng)過(guò)了高速發(fā)展期，但目前仍是國內工業(yè)經(jīng)濟發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)之一。在消費電子、動(dòng)力、儲能三大應用場(chǎng)景的支撐下，預測2024年中國鋰電池市場(chǎng)出貨量將超1100GWh，同比增長(cháng)超24%，正式進(jìn)入TWh時(shí)代；同時(shí)，2024年將成為國內鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)海外集中“落地年”，其中東南亞、東歐以及南美（含中美洲）將成為項目落地主要區域。而離心式空氣壓縮機作為鋰電產(chǎn)業(yè)鏈中的核心設備之一，將在更多的生產(chǎn)現場(chǎng)中發(fā)揮重要作用。
參考文獻
[1]EVTank.《中國鋰離子電池行業(yè)發(fā)展白皮書(shū)（2024年）》[R].2024．
[2]McKinsey&Company.《Battery 2030:Resilient,sustainable and circular》[R].2024．
[3]楊紹斌等.《鋰離子電池制造工藝原理與應用》[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2020．
[4]祁大同.《離心式壓縮機原理》[M].北京：機械工業(yè)出版社，2018．
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【壓縮機網(wǎng)】1、鋰電池行業(yè)綜述
鋰電池，又稱(chēng)鋰離子電池，是一種依靠鋰離子（Li+）在正極與負極之間移動(dòng)來(lái)達到充放電目的的一種二次電池。相比較其他的二次電池，鋰電池具有能量密度高、放電功率高、循環(huán)壽命長(cháng)、無(wú)記憶效應和綠色環(huán)保等明顯優(yōu)勢。
根據終端應用場(chǎng)景的不同，鋰電池通常分為動(dòng)力、消費和儲能三大類(lèi)。其中，動(dòng)力電池主要用于電動(dòng)汽車(chē)，是當前鋰電池最主要的應用場(chǎng)景；消費電池則服務(wù)于傳統的應用領(lǐng)域，包括手機、筆記本電腦以及可穿戴設備等；儲能電池則主要為通信基站、離網(wǎng)電站、微電網(wǎng)等儲能需求提供電力支持，是近年來(lái)快速發(fā)展的新興領(lǐng)域，也是國家政策大力支持的方向之一。
隨著(zhù)中國“3060”雙碳目標和全球2050凈零愿景的深入推動(dòng)，新能源汽車(chē)和儲能都進(jìn)入快速擴張期。而作為其中核心裝置的鋰離子電池，無(wú)疑成為焦點(diǎn)行業(yè)。
根據研究機構EVTank發(fā)布的數據，2023年，全球鋰離子電池總體出貨量達到創(chuàng )紀錄的1202.6GWh，同比增長(cháng)25.6%，其中，汽車(chē)動(dòng)力電池（EV LIB）、儲能電池（ESS LIB）和小型電池（EV LIB）的出貨量分別為865.2GWh、224.2GWh和113.2GWh，占比分別為72.0%、18.6%和9.4%。根據麥肯錫的估計，全球對于鋰電池的需求有望保持每年33%以上的增速，在2030年達到4700 GWh并實(shí)現4000億美金的產(chǎn)業(yè)規模。全球鋰電池行業(yè)的快速發(fā)展，除了和各個(gè)國家的政策密切相關(guān)，新能源取代燃油技術(shù)，以及地緣政治導致能源戰略的變化也同樣是關(guān)鍵因素。
而在中國，2023年全年的鋰離子電池出貨量達到887.4GWh，同比增長(cháng)34.3%，在全球占比達到73.8%。目前國內的鋰電行業(yè)雖然投資有所放緩，但得益于三大領(lǐng)域旺盛的需求，相比較不少傳統行業(yè)來(lái)說(shuō)仍保持著(zhù)較快的發(fā)展速度和強勁的上升趨勢。不少企業(yè)為了保持競爭優(yōu)勢，均提前進(jìn)行了大規模的產(chǎn)能布局。
2、生產(chǎn)工藝及用氣量
鋰電池的主要生產(chǎn)工藝流程如圖1所示。
其中，鋰電池材料包括正負極材料、電解液、隔膜、集流體和容器等。加工工藝主要包括極片制作、電芯合成和化成分容等；而PACK工藝主要包括電芯制造、電芯分級、電芯組裝、電芯測試、包裝和質(zhì)量檢測等環(huán)節。
2.1正極材料生產(chǎn)工藝及用氣量
目前，最常見(jiàn)的正極材料包括三元材料和磷酸鐵鋰兩種，2023年兩者在鋰電池供應鏈的占比分別達到68.3%和31.7%。壓縮空氣在正極生產(chǎn)工藝中主要用于氣流粉碎、儀表、制氧(用于燒結)、制氮、氣力輸送、吹掃除塵等。為了保證產(chǎn)品具有良好的品質(zhì)，通常要求成品壓縮空氣保持-40℃以下的壓力露點(diǎn)，用氣點(diǎn)壓力為0.6-0.8MPa。
以4萬(wàn)噸磷酸鐵鋰項目為例，各用氣點(diǎn)壓縮空氣用量如下：
2.2負極材料生產(chǎn)工藝及用氣量
在石墨負極材料在生產(chǎn)過(guò)程中，同樣需要大量的壓縮壓縮空氣，主要用于氣流粉碎、窯爐、氣流輸送、制氮(用于燒結窯爐保護用氣)等?？諝馄焚|(zhì)要求和正極材料生產(chǎn)工藝基本一致。
以10萬(wàn)噸負極材料項目為例，各用氣點(diǎn)壓縮空氣用量如下：
2.3加工及PACK生產(chǎn)工藝及用氣量
加工及PACK工藝流程繁多，而在其中的儀表用氣、制氮(主要用于焊接保護氣)、制漿、涂布、切片、裝配、檢測、化成、分容等流程中都需要用到大量的壓縮空氣?？諝馄焚|(zhì)要求和電池材料生產(chǎn)工藝相同。
以4GWh儲能電池加工及PACK項目為例，各用氣點(diǎn)壓縮空氣用量如下：
3、離心式空氣壓縮機的行業(yè)應用
離心式空氣壓縮機屬于動(dòng)力式壓縮機，通常通過(guò)一個(gè)或多個(gè)葉輪的旋轉使空氣得以加速，繼而將空氣動(dòng)能轉化為壓力能，來(lái)獲得下游所需要的壓縮空氣。相比較另外兩種常見(jiàn)的空氣壓縮機形式——螺桿式和活塞式，離心式空氣壓縮機往往應用于較大流量的場(chǎng)合，單臺流量通常高于80m3/min。另外，離心式空氣壓縮機還具有無(wú)油、效率高、結構緊湊、可靠性好、適合長(cháng)時(shí)間運行等技術(shù)優(yōu)勢。
而近年來(lái)，隨著(zhù)鋰電池工藝流程的不斷更新以及單個(gè)項目生產(chǎn)規模的不斷擴大，離心式空氣壓縮機在該行業(yè)也獲得了越來(lái)越多的應用機會(huì )。預計2023年鋰電池行業(yè)的需求就達到400臺以上。
以某企業(yè)6萬(wàn)噸磷酸鐵鋰電池及8萬(wàn)噸三元鋰電池項目為例，工藝要求總氣量為1950Nm3/min，用氣點(diǎn)壓力為5barg，壓力露點(diǎn)為-40℃。具體選型方案如下：
考慮到項目前期儀表用氣以及調峰用氣，選用了1臺75Nm3/min的變頻無(wú)油螺桿式壓縮機，通過(guò)離心機的入口導葉調節和螺桿機的變頻調節覆蓋不同的總流量需求。根據現場(chǎng)使用情況，實(shí)現了良好的使用效果，為現場(chǎng)壓縮空氣的使用提供了有力的保障。
4、展望
雖然鋰電行業(yè)已經(jīng)經(jīng)過(guò)了高速發(fā)展期，但目前仍是國內工業(yè)經(jīng)濟發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)之一。在消費電子、動(dòng)力、儲能三大應用場(chǎng)景的支撐下，預測2024年中國鋰電池市場(chǎng)出貨量將超1100GWh，同比增長(cháng)超24%，正式進(jìn)入TWh時(shí)代；同時(shí)，2024年將成為國內鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)海外集中“落地年”，其中東南亞、東歐以及南美（含中美洲）將成為項目落地主要區域。而離心式空氣壓縮機作為鋰電產(chǎn)業(yè)鏈中的核心設備之一，將在更多的生產(chǎn)現場(chǎng)中發(fā)揮重要作用。
參考文獻
[1]EVTank.《中國鋰離子電池行業(yè)發(fā)展白皮書(shū)（2024年）》[R].2024．
[2]McKinsey&Company.《Battery 2030:Resilient,sustainable and circular》[R].2024．
[3]楊紹斌等.《鋰離子電池制造工藝原理與應用》[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2020．
[4]祁大同.《離心式壓縮機原理》[M].北京：機械工業(yè)出版社，2018．
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